[發明專利]一種基于摩擦電感應的水位傳感器

在審

• 申請號: 201711187108.6
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN107782406A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 徐敏義;王松;王川
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G01F23/22
• 分類號: G01F23/22
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司21212
• 代理人: 李洪福

技術領域

本發明涉及船舶、海工裝備智能感知領域，尤其涉及一種基于摩擦電感應的水位傳感器。

背景技術

隨著智能海洋科技的建設發展，船舶以及海工裝備越來越需要實時的智能感知數據。海水與船舶、海工裝備相互作用產生的動態水位信息，對于船舶航行安全、海工裝備穩定性等具有重要的作用，是船舶、海工裝備智能感知的重要組成部分。目前通常采用超聲波、雷達等手段對船舶、海工裝備進行水位探測，但是這些設備成本高，且不能精確提供海水與船體、海工裝備表面相互作用產生的動態波浪信息。

發明內容

鑒于已有技術存在的缺陷，本發明要提供一種能夠提供動態水位信息，且成本低、耐腐蝕、自驅動的基于摩擦電感應的水位傳感器。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種基于摩擦電感應的水位傳感器，包括內部密封水位傳感部件、信號測量調理電路、信號控制系統和上位機，所述內部密封水位傳感部件密封在硬質板上；所述的信號測量調理電路通過信號輸出線與內部密封水位傳感部件相連；信號測量調理電路與信號控制系統連接；所述信號控制系統與上位機相連；所述硬質板垂直置于海水中；

所述內部密封水位傳感部件由聚四氟乙烯薄膜、電極陣列和導線組成，所述電極陣列包括多個沿硬質板高度方向并列的雙電極單元，所述雙電極單元由兩支沿硬質板高度方向并列的電極及一個電阻組成，兩支電極之間留有空隙，兩支電極之間連接電阻；所述電極沿硬質板寬度方向呈長條狀，并粘貼于聚四氟乙烯薄膜表面；所述雙電極單元之間留有空隙；所述雙電極單元通過信號輸出線與信號測量調理電路連接。

本發明的另一個技術方案是：

一種基于摩擦電感應的水位傳感器，包括內部密封水位傳感部件、信號測量調理電路、信號控制系統和上位機，所述內部密封水位傳感部件密封在硬質板上；所述的信號測量調理電路通過信號輸出線與內部密封水位傳感部件相連；信號測量調理電路與信號控制系統連接；所述信號控制系統與上位機相連；所述硬質板垂直置于海水中；

所述內部密封水位傳感部件由膜、電極陣列和導線組成，所述電極陣列包括多個沿硬質板高度方向并列的單電極單元，所述單電極單元由一支電極及一個電阻組成，所述電極與電阻串聯；所述電極沿硬質板寬度方向呈長條狀，并粘貼于聚四氟乙烯薄膜表面；所述單電極單元之間留有空隙；所述單電極單元通過信號輸出線與信號測量調理電路連接；所述電阻的一端連接電極，另一端接于岸基、船體或者海工裝備。

進一步地，所述電極為金屬電極；所述硬質板為絕緣材料板。

進一步地，所述電極為銅電極或鋁電極；所述硬質板為亞克力板。

進一步地，所述電極陣列位于聚四氟乙烯薄膜與硬質板之間。

進一步的，所述內部密封水位傳感部件直接粘貼于海工設備的外殼表面，去掉硬質板。

進一步地，所述的信號測量調理電路包括放大濾波裝置、信號調理裝置和電壓比較器，所述的放大濾波裝置輸入端與電極單元連接、輸出端經信號調理裝置和電壓比較器后與信號控制系統連接，所述信號控制系統包括多個微控制單元，所述信號控制系統與上位機相連。

進一步地，所述的上位機按以下步驟進行數據處理：

A、計時開始，令時間變量t＝1，并令水位變量s＝0000；

B、水位變量s進入上位機后，每接收一次信號測量調理電路的水位信號時，令時間變量t＝t+1，并給通過上位機更新水位變量s；

C、根據水位變量s的不同情況計算水位參數wl；

D、換算成實際水位數據。上位機界面實時顯示水位隨時間變化曲線；

E、返回步驟B直至程序終止。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1、本發明的內部密封水位傳感部件與海水構成電流、電壓信號發生器，其工作原理為摩擦納米發電機的固液接觸帶電工作原理，內部密封水位傳感部件經過密封處理，通過導線將內部摩擦納米發電機的感應信號傳至電阻，電阻將電流信號轉換放大為電壓信號輸出，經過信號控制系統檢測，在上位機中相應水位處顯示電壓曲線信號。并將水位升降波動轉換為電壓曲線信號輸出，根據其電壓曲線信號的正負性可以判斷水位的升降。

2、本發明應用于水位傳感，其信號輸出是通過海水與高分子材料表面接觸帶電激發的，在內部密封水位傳感部件處無需外加電源，且信號輸出準時穩定，是一種高穩定性的水位傳感裝置和波浪傳感裝置。可以應用于港口水位監測、船體水位以及波浪監測等。為實現海洋智能化、船舶智能化、數據化提供了關鍵的數據解決方案。為推動“透明海洋”的經濟建設做出了重要貢獻。